목성 탐사선 주노가 확인한 이오의 용암 호수를 묘사한 애니메이션 장면 중 하나. 뒤쪽으로 보이는 게 목성이다. 나사 제공

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태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 천체인 목성 위성 이오의 새로운 모습이 드러났다. 달보다 약간 큰 이오에 있는 활화산은 지금까지 알려진 것만 400여개에 이른다.

미 항공우주국(나사)은 목성 탐사선 주노가 지난해 말과 올해 초 두 차례에 걸쳐 ‘불의 천체’ 이오를 최근접 비행하면서 확보한 사진과 데이터를 분석한 결과, 첨탑처럼 치솟은 산, 용암으로 둘러싸인 마그마 호수, 그리고 호수 한가운데의 섬 등 이오 표면의 구체적인 특징을 확인할 수 있었다고 밝혔다.

나사 제트추진연구소는 특히 “이오에는 많은 화산이 분포해 있는데 이 가운데 몇곳에서 실제 화산 활동이 일어나고 있는 모습을 포착했다”며 “이오 표면의 일부는 유리처럼 매끄러워서 지구에서 화산 활동으로 생성된 흑요석 유리를 연상시킨다”고 덧붙였다.

나사는 비행을 통해 확인한 이오의 표면을 3D 애니메이션으로 재구성해 공개했다. 애니메이션에 등장하는 마그마 호수 로키 파테라(Loki Patera)는 너비 200km로 이오에서 가장 큰 규모다. 첨탑산(Steeple Mountain)이라는 별칭이 붙여진 가파른 산은 높이 5~7km로 추정된다.

목성 탐사선 주노가 이오 근접비행 중에 확인한 뾰족한 산을 묘사한 그림. 첨탑산이라는 별칭이 붙여진 이 산은 높이가 5~7km로 추정된다. 나사 제공

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이와 함께 미 캘리포니아공대 연구진은 이오가 형성 초기인 45억7천만년 전부터 지금과 같은 수준의 활발한 화산 활동을 하고 있다는 연구 결과를 19일 국제학술지 사이언스에 발표했다. 이는 이오의 대기에 있는 황(S)과 염소(Cl) 함유 분자의 동위원소 비율을 분석한 결과다.

모행성인 목성과 인근 위성인 유로파, 가니메데의 중력 영향으로 인해 생기는 내부 마찰열이 마그마 분출을 일으키는 동력이다. 이오는 목성에서 가장 가까운 위성으로 지구~달 거리(38만㎞)보다 조금 더 먼 42만km 거리에서 목성을 돌고 있어 목성의 중력을 강하게 받는다.

여기에 이오와 유로파, 가니메데 사이의 궤도공명이 힘을 보탠다. 2개 이상의 천체가 중력 영향을 주고받으면서 궤도 주기가 일정한 비율을 유지하는 것을 궤도 공명이라고 한다. 맨 안쪽에 있는 이오가 목성을 4번 공전할 때 유로파는 2번, 가니메데는 1번 공전한다.

2024년 4월9일 목성 탐사선 주노가 60번째 목성 비행 중에 1만6500km 거리에서 촬영한 이오. 이오의 남극 지역을 처음으로 포착했다. 나사 제공

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이오 화산의 평균 높이는 1~2㎞이지만 일부 화산은 에베레스트 정상보다 훨씬 높은 10㎞를 넘는 것으로 추정된다.

땅속 50㎞ 지점에 거대한 마그마 바다가 있으며, 용암의 온도는 1000도가 넘는 것으로 추정된다. 화산에서 뿜어져 나온 이산화황은 목성과 인근 위성의 중력 영향으로 100㎞가 넘는 수직 기둥을 형성하기도 한다.

주노의 이오 근접비행은 2023년 12월과 2024년 2월에 이뤄졌으며 당시 주노는 1500km 거리까지 접근했다. 주노는 이후 이오에서 점점 멀어져 4월9일에는 표면에서 1만6500km 거리에서 이오를 비행했다. 다음 근접 비행은 5월12일에 있을 예정이다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr